随着传统化石能源日益枯竭,新能源产业在世界范围内得到大力发展,而如何实现能源高效的存储与利用是当下面临的首要问题,发展更高效的储能技术迫在眉睫。锂-空气电池(Lithium-air batteries,LABs)因其具有超高的比容量,成为当前储能技术研究的热点。然而目前锂-空气电池仍然存在充放电过电势较高、循环稳定性较差等问题而制约其实际应用。阴极作为锂-空气电池中放电和充电过程进行的主要场所,选用高效的阴极催化剂以促进电池的氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR)与氧析出反应(Oxygen evolution reaction,OER),对锂-空气电池的容量和循环性能的优化至关重要。因此,研发高性能的ORR/OER双功能阴极催化剂对锂-空气电池的发展具有重要意义。钙钛矿型氧化物具有较好的ORR/OER催化活性、结构可控性以及成本低等优点,被认为是可以替代贵金属而应用在锂-空气电池中的高效催化剂之一。本研究选取La_0.9Mn_0.6Ni_0.4O_3-δ钙钛矿型氧化物作为有机体系锂-空气电池的阴极催化剂开展系统研究,以提高电池的容量性能和循环稳定性为目的,提高催化剂表面的氧气吸附能力和反应活性位点,制备了具备多孔结构的La_0.9Mn_0.6Ni_0.4O_3-δ纳米纤维。一方面,以溶胶凝胶法制备的La_0.9Mn_0.6Ni_0.4O_3-δ纳米颗粒为对照组,探究催化剂的形貌对锂-空气电池的电化学性能的影响规律。另一方面,通过原位析出技术对La_0.9Mn_0.6Ni_0.4O_3-δ纳米纤维经过还原热处理以原位析出Ni纳米颗粒,进一步提高催化剂表面的电子传输能力和氧空位浓度,通过对还原前后的催化剂进行一系列表征和电化学性能测试以确定此优化手段的重要性。本文主要的研究结论如下:(1)采用静电纺丝法合成表面具有褶皱形貌的钙钛矿型La_0.9Mn_0.6Ni_0.4O_3-δ纳米纤维(LMN NFs)作为锂-空气电池的阴极催化剂。与传统溶胶凝胶法合成的La_0.9Mn_0.6Ni_0.4O_3-δ纳米颗粒(LMN NPs)相比,LMN NFs这种特殊的孔隙结构可以提供丰富的反应活性位点,能够促进O₂在催化剂表面的吸附和孔道内的传输以及提供更多的放电产物沉积场所。相应的锂-空气电池在电流密度300 m A g^-1下,能够提供较高的放电容量(9397 m Ah g^-1)、较低的首次放电-充电过电势(1.111 V),并能获得100次的循环性能(限制容量为500 m Ah g^-1)。(2)为了解决LMN NFs在锂-空气电池循环过程中存在的导电性较差问题,进一步提高催化剂表面氧空位浓度以及反应活性位点数量,在5%H₂/N₂还原气氛下对La_0.9Mn_0.6Ni_0.4O_3-δ纳米纤维(LMN NFs)进行高温(650℃)还原处理,制备原位析出Ni颗粒的异质结构催化剂(H-LMN NFs)。H-LMN NFs表面具有大量且均匀分布的Ni纳米颗粒和氧空位,进一步提高了催化剂的电子导电能力及反应活性位点浓度而优化了O₂的吸附能力,促进Li₂O₂生成的第一步反应(O₂+e^-→O₂!)快速进行,极大地提高了ORR/OER的反应速率。在电流密度400 m A g^-1下,以H-LMN NFs为阴极催化剂的锂-空气电池表现出极高的放电容量(高至16656 m Ah g^-1)和良好的循环稳定性(限定容量500 mA g^-1下循环了95次)。